Performances des fenêtres, châssis et vitrages Antoine Tilmans

Avec le support de la guidance technologique écoconstruction et développement durable de la Région de Bruxelles-Capitale subsidiée par l Institut Bruxellois pour la Recherche et l Innovation (InnovIRIS) Cycle technique 2014 Vers des bâtiments neufs et rénovés énergétiquement performants Performances des fenêtres, châssis et vitrages Antoine Tilmans Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 1 Guidance Technologique Éco-Construction et Développement Durable en Région de Bruxelles-Capitale Thèmes prioritaires : Énergie et bâtiments Rénovation et entretien des murs et façades Confort acoustique Accessibilité des bâtiments Utilisation durable des matériaux Prospection d innovations Technology watch (en coopération avec le SIRRIS) Construction bois et toiture verte et durable Mission : Soutiens techniques directs et multidisciplinaires Information et formation collective Prospection, diffusion et stimulation à l'innovation Bénéficiaires : L'ensemble des entreprises bruxelloises du secteur de la construction En collaboration avec la Confédération de la Construction Bruxelles-Capitale Subsidiée par la Région de Bruxelles-Capitale via InnovIRIS Boulevard Poincaré, 79 1060 Bruxelles info@bbri.be www.cstc.be\go\gt-batimentdurable +32 (0)2 529 81 06 +32 (0)2 653 07 29 Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 2 1

Performances des fenêtres, châssis et vitrages Programme Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 3 Cycle technique 2014 Vers des bâtiments neufs et rénovés énergétiquement performants Performances des fenêtres, châssis et vitrages Fenêtres et performance énergétique Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 4 2

Contenu - Introduction - L évolution des profilés d encadrement - Bois - PVC - Aluminium - L évolution des vitrages - Propriétés thermiques - Contrôle solaire - Performance énergétique global de la fenêtre Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 5 Déperditions par les fenêtres K moy K31 Fenêtres = part la plus faible de la surface de déperdition, mais déperdition la plus grande! Source graphiques: «CALE, précurseur de la PEB» Statistiques sur 426 maisons (2007-2009) Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 6 3

Déperditions par les fenêtres Source: CALE 2 Statistiques sur 426 maisons (sept.2007-déc.2009) K35-K45 répartition des déperditions énergétiques par types de parois 2.6% 12.3% répartition des déperditions énergétiques par types de parois (K15-K25) 2.5% 14.3% 17.8% 11.7% 27.0% 27.7% K15-K25 2.6% 36.4% 3.2% 41.9% fenêtre porte murs ext toiture plancher paroi EANC fenêtre porte murs ext toiture plancher paroi EANC K25-K35 K<K15 répartition des déperditions énergétiques par types de parois 13.6% répartition des déperditions énergétiques par types de parois 18.3% 16.5% 27.8% 11.4% 20.0% 2.2% 1.4% 0.9% 36.4% 3.5% 48.1% fenêtre porte murs ext toiture plancher paroi EANC fenêtre porte murs ext toiture plancher paroi EANC Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 7 Réglementation PEB : exigences thermiques En 2015, à Bruxelles, U w = 0.85 (conseillé) Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 8 4

Exigences PEB Bruxelles 2015 Exigences de base Arrêté du 21 février 2013 du Gourvernement Bruxellois: Règle générale, à partir du 1/1/2015 : E p Conso. énergie primaire 45 kwh/m² an pour les logements 95-2.5*C kwh/m² an pour bureaux et écoles Etanchéité à l air n 50 0.6 (à partir de 2018) BNE chauffage 15 kwh/m² an en considérant un système de ventilation avec récupérateur de chaleur de rendement minimal = 80% (logements) ou 70% (bureaux et école critère surchauffe BNE 15 kwh/m²an n 50 45 kwh/m²an n 50 0.6 = bâtiment passif!!! Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 9 Exigences PEB Bruxelles 2015 Exigences assouplies Arrêté du 21 février 2013 du Gourvernement Bruxellois: Exigences assouplies : BNE chauffage X kwh/m² an, avec X calculé en considérant : - U moyen de 0.12 W/m²K pour les surfaces opaques ; - U moyen de 0.85 W/m²K pour les fenêtres et portes ; - une étanchéité à l air égale à 2015 2016 2017 2018 1 vol/h 0.8 vol/h 0.7 vol/h 0.6 vol/h - un système de ventilation avec récupérateur à 80% Conso. énergie primaire 45 + 1.2(X-15) kwh/m² an pour les logements (95-2.5*C) +1.2(X-15) kwh/m² an pour bureaux et écoles Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 10 5

Les performances des fenêtres Endurance mécanique Durabilité Perméabilité à l'air Etanchéité à l'eau Résistance au vent Efforts de manoeuvre et abus d'utilisation Economie d'énergie et performances thermiques Isolation thermique Facteur solaire et transmission lumineuse Risque de condensation Performances acoustiques Résistance à l'effraction Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 11 La performance thermique Vitrage U g [W/m²K] NBN EN 673 ; NBN EN 674 ; NBN EN 675 Performance thermique de la fenêtre : A g U w [W/m²K] l g Espaceur de vitrage Ψ g [W/mK] NBN EN ISO 10077-2 ; NBN EN ISO 12412-2 NBN EN ISO 12567-1 NBN EN ISO 10077-1 Réglementation PEB A f Profilé d encadrement U f [W/m²K] NBN EN ISO 10077-2 ; NBN EN 12412-2 Vitrage = 70 à 80% de la surface des fenêtres! Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 12 6

2.08 1.01 0.55 68 mm 109 mm Cycle technique 2014 Vers des bâtiments neufs et rénovés énergétiquement performants Performances des fenêtres, châssis et vitrages Evolutions des profilés d encadrement Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 13 Performance thermique des profilés en bois Norme NBN EN ISO 10077-1 68mm afzélia Uf = 2.08 W/m²K 78mm afzélia Uf = 1.96 W/m²K 109mm afzélia Uf = 1.68 W/m²K Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 14 7

Valeur Uf [W/m²K] 26/03/2015 Performance thermique des profilés en bois Augmentation d épaisseur U f -25% 68 mm U f = 1.64 W/m²K Epaisseur[mm] Source : Lisa Buffel, 2010 109 mm U f = 1.27 W/m²K Pour profilés en bois massif, 10mm d épaisseur 8% d amélioration de U f Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 15 Performance thermique des profilés en bois Changement d essence Afzelia 800 kg/m³ Dark Red Meranti 550 kg/m³ Pin sylvestre 500 kg/m³ Epicéa 450 kg/m³ Merbau 800 kg/m³ Mélèze 600 kg/m³ Chêne 700 kg/m³ λ 0.18 0.16 0.13 0.11 W/mK Source : NBN EN ISO 10077-2 Pour profilés en bois massif, changement d essence max 30% d amélioration de U f Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 16 8

Performance thermique des profilés en bois Incorporation d isolant dans le profilé Remplacement du bois par : - Des cavités d air Source : Holz-Schiller Ex : 15mm - De l isolant 5mm λ = 0.06 W/mK [ NBN EN ISO 10077-2 ] - Liège 400kg/m³ - PUR 200kg/m³ - PUR 30kg/m³ λ = 0.06 W/mK λ = 0.04 W/mK λ = 0.023 W/mK AFINCO NV U f = 0.91 W/m²K Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 17 Performance thermique des profilés en bois Incorporation d isolant dans le profilé Coupure thermique partielle par blocs isolants Optiwin Zwoa2Holz U f = 0.88 W/m²K Fabribois Miratherm U f = 0.81 W/m²K Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 18 9

Performance thermique des profilés en bois Incorporation d isolant dans le profilé Coupure thermique complète au milieu du profilé Woodframes BVBA U f = 0.81 W/m²K Sans conductivité thermique de la coupure de 20 mm [W/mK] coupure 0.023 0.03 0.035 0.04 0.06 0.08 U f [W/m²K] Bois massif 109mm 1.01 0.70 0.75 0.78 0.81 0.88 0.94 31% 26% 23% 20% 12% 7% Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 19 Performance thermique des profilés en bois Isolation externe Menuiserie Coen U f = 0.66 W/m²K Pose d une couche isolante du côté extérieur : la solution la plus performante actuellement.. U f = 0.7 W/m²K Pierret system Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 20 10

Thermal resistance [m²k/w] 26/03/2015 Performance thermique des profilés PVC Nombre de chambre Résistance thermique d une cavité d air 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 5 10 15 20 25 Cavity thickness [mm] mieux vaut 2 petites cavités que 1 grande pour une même épaisseur, plus il y a de chambres, plus le profilé est performant la résistance thermique augmente avec l épaisseur à nombre de chambres égal, profilés plus épais sont plus performant Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 21 Performance thermique des profilés PVC Norme NBN EN ISO 10077-1 & PEB Pour profilés en PVC, diminution de 10% de U f par chambre supplémentaire Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 22 11

Performance thermique des profilés PVC Nombre de chambres Deceuninck Zendow 5 chambres Uf = 1.7 W/m²K Winsol Central +70 5 chambres Uf = 1.6 W/m²K Finstal Top 90 7 chambres Uf = 1.0 W/m²K (dormant), Schuco ThermoPlus SI 8 7 chambres U f,min = 0.94 W/m²K Schuco Corona CT 70 AS Classic 5 chambres U f,min = 1.2-1.5 W/m²K Schuco Corona SI 82 Classic 6 chambres U f,min = 1.0-1.1 W/m²K Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 23 Performance thermique des profilés PVC Optimisation thermique : type de renfort Le renfort acier a un impact thermique important Renfort acier Sans renfort Renfort synthétique U f = 1.75 W/m²K U f = 1.42 W/m²K U f = 1.34 W/m²K -23%!!! Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 24 12

Performance thermique des profilés PVC Constructions très basse énergie? Remplissage isolant ou renfort isolant Pierret system 8 chambres + renfort isolant Uf = 0.92 W/m²K Schuco ThermoPlus SI 82 avec isolant 7 chambres U f,min = 0.76 W/m²K Kommerling 88 plus (avec isolant) 6 chambres U f,min = 0.79 W/m²K Deceuninck Zendow#neo Premium 6 chambres U f,min = 1.1 W/m²K, Rehau Geneo PHZ 6 chambres U f,min = 0.79 W/m²K Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 25 Performance thermique des profilés ALU Facteurs d influence - Valeur U f dépend : - De la longueur de la coupure thermique - Des cavités dans la coupure - Du type de joint central (simple ou à chambres) - Du remplissage des cavités : air ou isolant Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 26 13

Performance thermique des profilés ALU Norme NBN EN ISO 10077-1 & PEB Augmentation de la longueur de la coupure Au mieux, U f = 2.5 W/m²K De 20mm à 36mm, gain de ~13% Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 27 Reynaers Eco System Coupure 26.3/22mm U f = 2.2 2.56 W/m²K Performance thermique des profilés ALU Optimisation thermique : la coupure thermique Reynaers CS 86-HI Coupure 41mm multi-chambres U f = 1.35 1.74 W/m²K Winsol Allura +81 Polyamid U f < 2.9 W/m²K -14% Augmentation de la longueur Subdivision (chambres) Insert isolant Matériau SAPA Avantis 70 Basic U f = 2.1 2.9 W/m²K Pierret System Duesy Coupure 34mm ABS à chambres U f 1.5 W/m²K Winsol Allura +81 Basic U f < 2.5 W/m²K SAPA Avantis 70 SI Coupure 35mm + inserts isolant (+joint alvéolaire) U f = 1.8 W/m²K Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 28 14

Performance thermique des profilés ALU Optimisation thermique : joints central et sous vitrage -10% Joint central à chambre SAPA Avantis 70 Basic Uf = 2.1 2.9 W/m²K SAPA Avantis 70 I Uf = 1.9 2.6 W/m²K En continuité de la coupure thermique Joints de vitrage améliorés création de chambres dans l espace sous le vitrage Reynaers CS 86-HI Winsol Alura +81 TOP U f < 1.9 W/m²K -24% Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 29 Performance thermique des profilés ALU Constructions très basse énergie? En combinaison avec un vitrage performant, possible de répondre aux critères très basse énergie ou passif! Reynaers CS 104 U f = 0.88 1.06 W/m²K SAPA Avantis 95 U f = 0.69 0.91 W/m²K Schüco U f = 0.8 W/m²K, Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 30 15

R g [W/m²K] Air layer resistance [m²k/w] 26/03/2015 Cycle technique 2014 Vers des bâtiments neufs et rénovés énergétiquement performants Performances des fenêtres, châssis et vitrages Performance énergétique des vitrages Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 31 Fonctionnement du vitrage Performance thermique : valeur U g 1 2 3 4 U g du vitrage dépend : R e R g R i Des résistances d échanges intérieures et extérieures (R e et R i ) De la résistance de la lame d air Type de gaz de remplissage Epaisseur Emissivités des faces 2 et 3 1.200 1.000 0.800 0.600 Ext Int 0.400 0.200 Air Argon Krypton d 0.000 6 8 10 12 14 16 18 20 d [mm] Thickness [mm] 15 Pour ε 3 = 0.01 Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 32 16

Ext. Air Argon Int. Argon Ext. Argon Int. Ext. Argon Argon Argon Int. Ext. Argon Int. Krypton Ext. Krypton+ Int. 26/03/2015 Fonctionnement du vitrage Facteur solaire d un vitrage r e a e t e Une partie du rayonnement solaire est g = 87% Transmise directement vers l intérieur : t Absorbée par la paroi : a Réfléchie vers l extérieur : r transmission indirecte Chaleur transmise ( W ) g Rayonnement solaire incident ( W ) La partie absorbée est réémise en partie vers l intérieur et en partie vers l extérieur Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 33 Performance des vitrages Aperçu des performances énergétiques (exemples) Doubles vitrages : 4 15 4 U g : 2.7 W/m²K g = 0.77 Triples vitrages : 4 15 4 1.1 W/m²K g = 0.61 4 15 4 1.0 W/m²K g = 0.50 4 15 4 0.9 W/m²K g = 0.43 4 10 4 0.8 W/m²K g = 0.43 Krypton film U g : 4 15 4 15 4 0.6 W/m²K g = 0.48 4 15 4 15 4 0.7 W/m²K g = 0.63 4 8 12 4 0.6 W/m²K g = 0.53 Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 34 17

Performance des vitrages L espaceur de vitrage Principalement deux types d espaceurs améliorés Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 35 Performance des vitrages Impact de l espaceur de vitrage Réglementation PEB : Exemple : Espaceur normal Valeur Ψ [W/m²K] Valeur Uw fenêtre [W/m²K] Espaceur "warm edge" Valeur Ψ [W/m²K] Valeur Uw fenêtre [W/m²K] Bois-alu 78mm épicéa TV 0.10 0.98 0.03 0.81 Gain de 17% Epicéa Isolation externe TV 0.09 0.79 0.04 0.68 Gain de 14% Fenêtre de 1.23 X 1.48m Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 36 18

E. Maldonado 26/03/2015 Cycle technique 2014 Vers des bâtiments neufs et rénovés énergétiquement performants Performances des fenêtres, châssis et vitrages Performance énergétique globale de la fenêtre Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 37 Performance énergétique globale Solutions contre la surchauffe? Objectif : maximiser les gains tout en évitant la surchauffe Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 38 19

Performance énergétique globale Gains solaires : facteurs d influence Dimension des surfaces vitrées Type de vitrage Ordinaire ou sélectif Ensoleillement Orientation / Pente Ombrage: Environnemental Structurel Protections solaires Volets Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 39 Performance énergétique globale Gains solaires : orientation Orientation ouest est la plus critique! Source : UCL Architecture & Climat Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 40 20

Performance énergétique globale Gains solaires : le choix du vitrage Vitrage classique Réduction dans un même rapport des apports solaires et lumineux Vitrages sélectifs Transmission lumineuse beaucoup plus élevée que la transmission énergétique (p. ex. 65% / 35%) Solution non modulable réduction des gains solaires été comme hiver Source : fiv Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 41 Performance énergétique globale Quelques exemples Type de vitrage U W / m² K g (combinaison) - t v - 1. Simple vitrage 5.7 0.85 0.90 2. Exemple de double vitrage (4/15/4) 2.9 0.75 0.82 3. Exemple de double vitrage amélioré 1.1 0.63 0.80 4. Exemple de double vitrage sélectif 1.1 0.32 0.60 5. Exemple de triple vitrage 0.6 0.49 0.70 3. + Protection extérieure blanche 1.1 0.29 0.12 3. +Protection solaire intérieure blanche 1.1 0.47 0.13 Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 42 21

Merci pour votre attention! Questions? Cycle technique 2014 «Performances des fenêtres, châssis et vitrages» 03/04/2014 - Page 43 22